CH365784A - Maximal- oder Minimalrelais für Wechselstrom - Google Patents

Description

  Maximal- oder     Minimalrelais    für     Wechselstrom       Die     Erfindung        betrifft    ein     Maximal-    oder Mini  malrelais, also beispielsweise ein     L7berstrom-    oder       Unterspannun:gsrelais,    welches mit     elektronischen          Mitteln    oder     Halbleitern    eine ausserordentlich kurze       Ansprech-    und( Abfallzeit ergibt.  



  Es sind     überstrom-Schutzeinrichtungen    bereits  bekanntgeworden, welche mit elektronischen Mitteln  arbeiten. Man hat die über     Stromwandler        gewonnene          Wechselstromgrösse        gleichgerichtet,    beispielsweise in  einer     Brückenschaltung,    und diesen Strom über     einen          Widerstand    geleitet. Die über diesem Widerstand lie  gende Spannung wird zur Steuerung einer Röhre ver  wendet, indem sie entweder als Anodenspannung oder  als Gitterspannung     zugeführt    wird.

   Der so von einem       bestimmten    Wert an entstehende Anodenstrom     führt,     da besondere     Siebmittel    fehlen, zu einem     nichtkonti-          nuierlichen    Strom am Ausgang der Röhre. Die An  sprechzeit einer solchen Einrichtung ist     dagegen    sehr  kurz.

   Schaltet     man    bei     einer    solchen Anordnung aber  ein     Filter    dazu, so wird zwar die Welligkeit beseitigt,  es entsteht aber infolge seiner Zeitkonstante     eine     Zeitverzögerung, welche den     Vorteil    der     trägheits-          losen    Steuerung der Röhre zunichte macht. Da der       zugeführte    Strom in jeder Periode zwei gleichgerich  tete Halbwellen besitzt, muss das Filter für 100 Hz       ausgelegt    sein. Dadurch benötigt es grosse     Induktivi-          täten    und bedingt hohe Zeitkonstanten. Der Aus  gangsstrom ist hierbei ein.

   Gleichstrom, welcher sich  aber nicht sofort beim Ansprechen der Schutzeinrich  tung auf seinen     endgültigen    Wert     einstellt.    Der Nach  teil dieser Anordnung ist also, dass wegen der niedri  gen, dem Gleichstrom überlagerten Frequenz ein     Fil-          ter    mit .hoher Zeitkonstante verwendet werden muss  oder dass bei Weglassen des Filters das entstehende       Ausgangssignal    selbst keinen kontinuierlichen Gleich  strom darstellt. Diese Einrichtung hat ferner den  Nachteil, dass die     Ansprechzeit    für das am Ausgang    entstehende Signal von der Höhe der     Messgrösse    ab  hängt.

   Liegt die     Messgrösse    nur wenig über dem An  sprechwert, so ist die     Ansprechzeit    höher als bei grö  sseren Werten des     Stromes.    Die     Verwendung    von Fil  tern mit     der    dadurch bedingten grösseren Ansprech  und     Abfallzeit    macht sich besonders bei Unterspan  nungsrelais unangenehm bemerkbar. Es müssen dann  die zum     Filter    gehörenden Kondensatoren sich erst  entladen, bevor die Röhre sperrt, so dass beim An  sprechen der     Spannungsrelais    die     Ansprechzeit    grö  sser ist als bei einem     überstromrelais    mit gleicher An  ordnung.  



  Es wird nun zur Vermeidung dieser Nachteile  vorgeschlagen, das Relais     erfindungsgemäss    aus der       Kombination    folgender Glieder bestehen zu lassen:  einem     Amplitudenbegrenzer,    einem     Phasenumwand          ler    zur     Umwandlung    der einphasigen     Messgrösse     in eine     mehrphasige    Form, einem     Gleichnchterglied     und einem     Amplitudenkondensator,        welcher        beim     Ansprechen des Relaiseine Gleichspannung erzeugt.  



  Die Einrichtung wird anhand des in der     Fig.    1       dargestellten    Beispiels näher     erläutert.    Aus dem  Wandler 1 wird der Wechselstrom oder die Wechsel  spannung     einphasig    gewonnen.

       Sie        wird    über die       Widerstände    2 den Strombegrenzern 3     zugeführt.     Hierzu kann man entweder     Elektronenröhren    ver  wenden, welche von einer     bestimmten    Höhe des  Stromes an     in    den Sättigungsbereich     gelangen,    oder  man kann veränderliche Widerstände, wie     Glimmlam-          pen    oder     Halblüfter    (sogenannte     Zenerdioden),    par  allel     schalten,

      welche von einer     bestimmten    Höhe  der     Messgrösse        an    einen     Parallelweg    öffnen. Der  Strombegrenzer ist so     ausgelegt,    dass an seinem Aus  gang eine bestimmte Höhe der     Spannung    bzw. des  Stromes, nicht     überschritten    wird.

   Solange der Strom  begrenzer nicht in     Tätigkeit        tritt,    liegt am Ausgang       eine        sinusförmige    Wechselspannung, andernfalls hat      diese Spannung eine     Trapezform.    Der Wert, bei dem  der     Amplitudenbegrenzer    ansprechen soll, braucht  nicht höher als 25 % über dem     Ansprechwert    der       Schutzeinrichtung    zu liegen.  



  Der     Phasenwandler    4 erzeugt aus der zugeführten  einphasigen     Messgrösse    eine dreiphasige. Hierdurch  wird die Welligkeit bei der     nachfolgenden    Gleichrich  tung ohne Verwendung eines Filters stark herab  gesetzt. Der Phasenwandler ist so ausgelegt,     d'ass    die  drei entstehenden     Wellen    gleiche Amplituden besit  zen. Er besteht aus den Widerständen 5, 6, 7 und  dem Kondensator B. Die Schaltung ist ähnlich wie bei       einem        Phasen:drehglied,    an dessen Ausgang eine ge  genüber dem Eingang phasenverschobene Spannung       abgenommen    werden kann.

   Die Abnahme     erfolgt    bei  dem     Phasenumwandler    an drei Stellen, derart, dass  die gegenseitige Phasenverschiebung der drei ent  stehenden     Wellen    120  beträgt. Diese wird durch ge  eignete Auslegung der Widerstände 5, 6, 7 und des       Kondensators    8, in Zusammenhang mit dem Wider  stand 9 der     Gleichrichtergruppe    10 erreicht. In Ver  bindung mit dem Strombegrenzer 3 kann der Kon  densator sich unabhängig von der     zugeführten    Höhe  des Stromes oder der Spannung mit gleicher Dauer  entladen. Man kann hierbei die Kapazität klein hal  ten, so dass eine rasche Entladung nach dem Anspre  chen möglich ist.

   Dies wirkt sich besonders bei     Un-          terspannungsrelais    vorteilhaft aus, welche     beim    Ab  sänken der     Spannung    ansprechen, wobei der Konden  sator entladen wird. Man erhält also mit Hilfe dieses  Phasenwandlers ein     Dreiphasensystem,    das nun durch  die Gleichrichter 10 gleichgerichtet wird. Hierdurch  entsteht am Ausgangswiderstand. 9 eine Gleichspan  nung mit einer Welligkeit, deren Grundwelle die     6-          fache    Frequenz von der Netzfrequenz besitzt.

   Diese  Welligkeit wird nun nicht     weggefiltert,    um keine     zu-          sätzliche    Zeitverzögerung zu     erhalten,    obwohl     die     hierfür     notwendigen    Filter eine wesentlich geringere  Zeitkonstante besitzen würden als ein Filter für  100 Hz. Die Welligkeit wird nun dazu     ausgenutzt,     um den     Amplitudenkomparator,    welcher aus den bei  den Elektronenröhren 11 und 12 besteht, zu betäti  gen.

   Dieser erzeugt am     Ausgang    eine Gleich  spannung,     wenn    die     zugeführte    Gleichspannung  einen bestimmten     Ansprechwert    überschreitet, und       z-.var    ist     hierfür    der Scheitelwert der     welligen    Gleich  spannung massgebend. Erreicht dieser eine bestimmte  Höhe, so zündet die Röhre 11 des     Amplitudenkom-          parators,    und es entsteht am Ausgang eine Gleich  spannung. Die Löschspannung des     Amplitudenkom-          parators    ist nun so gewählt, dass sie dem Minimalwert  der welligen Gleichspannung entspricht.

   Dies ist in       Fig.    2     ,dargestellt.    Mit 18 ist die     A:nsprechspannung          des        Amplitudenkomparatars,    mit 19 sein Sperrwert  als gerade     Linien    dargestellt. Zwischen diesen beiden  Linien liebt die     Welligkeit    der     zugeführten        Gleich-          Spannung    20, wenn der     Ansprechwert    gerade erreicht  ist. Der Maximalwert     berührt    also hierbei die obere  Linie 18, der     Minimalwert    die untere Linie 19.

    Steigt die Gleichspannung an, so spricht der Ampli-         tudenkomparator    an, sinkt sie wieder auf den     alten     Wert zurück, so wird die Sperrspannung erreicht und  der     Amplitudenkomparator    sperrt. Hierdurch wird er  reicht,     d@ass    sofort beim Ansprechen immer eindeutig  eine kontinuierliche Spannung am Ausgang entsteht,  und dass das Verhältnis von     Ansprech-    und Sperr  spannung, also das Halteverhältnis, praktisch 1 ist.  Es wird also ein gutes Halteverhältnis verbunden mit  einem unbedingt sicheren Arbeiten gewährleistet.  



  Der     Amplitudenkomparator    besteht aus den bei  den Röhren 11 und 12, welche auch zusammen als  Doppelröhre ausgebildet sein können. Fliesst in der  Röhre 11 kein Anodenstrom, so führt auch der Wi  derstand 14 keinen Strom. Am Punkte 15 ist daher  eine hohe positive Spannung     E_,-    vorhanden. Daher       liegt    auch am Gitter der Röhre 12 eine positive Span  nung, so     d!ass    in ihr Anodenstrom fliesst. Dann aber  isst am Punkt 16 nur eine geringe Spannung vorhan  den, da die zugeführte Gleichspannung am Wider  stand 17     zusammenbricht.    Fliesst aber Strom in der  Röhre 11, so bricht die.

   Spannung am Punkt 15     zu-          sammen.    Das Gitter der Röhre 12 erhält dann eine  negative     Vorspannung,    so dass die Röhre     sperrt.    Da  mit steigt die     Spannung    am Punkt 16 an, so dass eine  hohe Ausgangsspannung entsteht. Die Röhre 11  spricht nun an, wenn der     Scheitelwert    der zugeführ  ten welligen Gleichspannung einen vorgeschriebenen  Wert überschreitet, und sperrt, wenn der Minimal  wert den zugehörigen Wert überschreitet.

   Die am  Ausgang     entstehende    Spannung kann zur Betätigung  eines Auslösers unmittelbar oder     über    Stromtore, zur       Signalisierung    und zur Einschaltung eines     Impedanz-          messgliedes    beim     Impedanzschu-tz    verwendet werden.  



       Fig.    3 zeigt     die    an den: einzelnen Stellen der An  ordnung entstehenden Spannungen. Es werden zwei  Fälle betrachtet, einmal     wenn    eine Spannung zu  geführt wird, welche gerade den     Ansprech.wert    über  schritten hat und (gestrichelt) eine Spannung, welche  diesen Wert erheblich überschreitet. In     Fig.    3a er  kennt man die zugeführten Spannungen.

   Sie sind  beide     sinusförmig.    In     Fig.    3b bleibt die     eine    Span  nung, nämlich die kleinere,     sinusförmig,    da sie noch  nicht in den Wirkungsbereich des     Amplitudenbegren-          zers    gelangt, während die höhere Spannung bereits       trapezförmig    wird. In der     Fig.    3c ist die     Wirkung        dies          Phasenumwandlers    dargestellt, aus der einphasigen  Eingangsspannung ist eine dreiphasige entstanden. In       Fig.    3d sind diese Spannungen gleichgerichtet.

   Man  erkennt die entstandene Welligkeit bei der kleineren  Spannung. Bei der grossen Eingangsamplitude ent  steht eine kontinuierliche Gleichspannung. In     Fig.    3e       isst    die Ausgangsspannung des     Amplitudenkompara-          tors    dargestellt; sie ist unabhängig von der Amplitude  der Eingangsspannung.  



       Fig.    4 zeigt ein anderes Beispiel mit Verwendung  von Transistoren. Die Schaltung bis zum     Amplltu-          denkomparator    ist dabei praktisch gleich, nur dass  auch der     Amplitudenbegrenzer    in     bekannter    Weise  mit Halbleitern     (Zenerdioden)    geschaltet werden  kann. Gezeigt ist der     Amplitudenkomparator.    Die      Transistoren 21 und 22 ersetzen die Röhren 11 und  12 der     Fig.    1.

   Die Wirkungsweise ist     ähnlich,    nur mass  die     Gleichrichtung        entgegengesetzt    erfolgen, damit  eine     negative    Eingangsspannung zugeführt werden  kann. Auch das Ausgangssignal ist dann     negativ.    Der  Transistor 21 wird durch die negative     wellige    Gleich  spannung ausgelöst und     führt    dann Strom. Dadurch       fliesst    auch durch den Widerstand 23 Strom zurück.  Die Spannung am Punkt 24 wird positiver, so     dass     der     Transistor    22 sperrt und am Ausgang 25 durch  den Wegfall des Stromes im Widerstand 26 eine ne  gative Ausgangsspannung entsteht.

    



  Der Vorteil der Anordnung gegenüber dem Stand  der     Technik    ist, dass beim Überschreiten des An  sprechwertes und beim Unterschreiten ein praktisch       unverzögertes    Arbeiten der Anordnung     möglich    ist.  Das Halteverhältnis ist ausserordentlich günstig. Die  Welligkeit,     welche    sonst meist als     nachteilig    angese  hen wird, wird hierbei dazu ausgenutzt, um das     gute     Halteverhältnis zu erreichen.

   Eine     überlastbarkeit    ist  wegen der Strombegrenzung nicht möglich,     infolge-          dessen    ist auch das Ansprechen und Abfallen völlig  unabhängig von der Höhe des     zugeführten        Messwer-          tes,    und besonders auch bei     Unterspannungsrelais    ein  sehr rasches Arbeiten gewährleistet.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Maximal- oder Minimalrelais für Wechselstrom, welches beim überschreiten oder Unterschreiten der Messgrösse einen Betätigungsbefehl gibt, dadurch ge- kennzeichnet, dass es aus der Kombination folgender Glieder besteht:

   einem Amplitudenbegrenzer, einem Phasenumwandler zur Umwandlung der einphasigen in eine mehrphasige Messgrösse, einem Gleichrichter- glied und einem Amplitudenkomparator, welcher beim Ansprechen des Relais einen Gleichstrom er zeugt.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Maximal- oder Minimalrelais nach Patent ansprach, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasen Umwandler aus einem durch Kondensatoren und Widerstände gebildeten Phasendrehglied gebildet, wird, von dem an mindestens drei Stellen die mehr- phasige Messgrösse abgenommen wird. 2.

   Maximal- oder Minimalrelais nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass .die Spanne zwischen Ansprech- und Abfallwert des Amplituden- komparators gerade so gross wie die Welligkeit der mehrphasigen gleichgerichteten Messgrösse ist. 3. Maximal- oder Minimalrelais nach Patent ansprach, dadurch gekennzeichnet, dass Vakuumröh ren verwendet sind. 4.

   Maximal- oder Minimalrelais nach Patent ansprach, dadurch gekennzeichnet, dass Transistoren verwendet sind. 5. Maximal- oder Minimalrelais nach Patent ansprach, dadurch gekennzeichnet, dass der Sätti- gungswert des Strombegrenzers höchstens 25 % über dem Anspnechwert des Schutzes liegt.